Alrededor del 80% de las lesiones deportivas son las llamadas lesiones musculoesqueléticas, por ejemplo esguinces, tensiones o estiramientos excesivos. Tales lesiones pueden ocurrir especialmente en aquellos deportes con grandes cargas en las muñecas, como el balonmano, baloncesto o levantamiento de pesas. Los soportes convencionales no proporcionan suficiente estabilidad o restringen demasiado la movilidad de la articulación. Un equipo de investigación del Instituto Zoológico de la Universidad de Kiel (CAU) ha desarrollado una férula articular flexible que combina la máxima movilidad y una estabilidad óptima. La fuente de su inspiración fueron las alas ultrafinas de las libélulas, que tienen que soportar cargas externas sustanciales durante el vuelo. Su estudio fue publicado ayer en la revista Física Aplicada A . Ahora los científicos quieren poner en práctica su diseño, ya se ha presentado una patente.

Inspirado en las propiedades únicas de las alas de las libélulas

Realmente, los científicos están investigando las fascinantes propiedades de las alas de libélula:para resistir diferentes corrientes de viento y colisiones con objetos sólidos, tienen que ser tanto estables como resistentes. "En Ingeniería, La estabilidad y la movilidad son a menudo dos características que se excluyen mutuamente. mientras que en la naturaleza son muy comunes, "dice Ali Khaheshi, el primer autor del estudio. El ingeniero y científico de materiales está a punto de completar su doctorado. con el profesor Stanislav Gorb y el grupo de investigación Dr. Hamed Rajabi "Morfología funcional y biomecánica". Juntos han investigado cómo la libélula logra combinar ambas características.

"Los resultados de la biología nos muestran ideas interesantes para soluciones técnicas:en el caso de las libélulas, la clave son las conexiones en forma de articulaciones en sus alas, "explica Gorb. Están entrelazados con parches de la proteína elástica resilina, que inicialmente permiten una gran libertad de movimiento. si se excede un cierto ángulo de extensión, púas cuticulares rígidas en el ala bloquean un movimiento adicional entrelazándose. Ahora soportan la articulación y dan a las alas la estabilidad necesaria para soportar cargas elevadas.

"Cuando un compañero de equipo nos contó sobre el dolor en la muñeca durante la práctica de deportes, reconocimos que nuestro concepto inspirado en las alas puede proporcionar una solución ", informa Rajabi. Con el fin de transferir el principio de la naturaleza a una férula de muñeca móvil y de apoyo, desarrollaron una especie de bisagra hecha de ácido poliláctico (PLA). Gracias a su diseño especial, la construcción hecha de plástico ligero y flexible pesa solo 23 gramos. Esto significa que se puede sujetar a vendas textiles elásticas estándar y no restringe el movimiento natural de la mano. Solo desde un ángulo de 70 grados, es decir, hasta dónde se doblan las muñecas para el levantamiento de pesas, una púa bloquea el movimiento y estabiliza la articulación bajo la carga externa. similar a las púas en las alas de las libélulas.

También son posibles aplicaciones en medicina y robótica

En una configuración de prueba especial, el equipo de investigación examinó cómo su férula articular resistió la flexión y la fuerza externa. "Las pruebas mostraron que nuestra férula tiene una capacidad de carga de aproximadamente 320 Newton, lo que significa alrededor de 32 kilogramos, más de 1300 veces el peso de la férula. Si la estructura está hecha de materiales más fuertes que el PLA, podría soportar cargas de hasta 450 kg, lo que sería mucho más alto que la fuerza experimentada por el récord mundial de levantamiento de pesas, "dice Khaheshi.

La férula articular se puede producir de manera fácil y rentable mediante la impresión 3D y se puede ajustar a mano, articulaciones de codo o rodilla. Esto también permite aplicaciones médicas después de lesiones, por ejemplo, cuando las articulaciones solo deben doblarse y estirarse hasta cierto punto. Otra ventaja del diseño es que es fácil de controlar. "A diferencia de un resorte mecánico no lineal, que gradualmente se vuelve más rígido cuando se comprime, podemos cambiar entre el modo móvil y el modo de soporte sin demora, ", dice Rajabi. Esto también lo convierte en un candidato adecuado para aplicaciones robóticas.

Buscando socios industriales

Ahora los científicos están buscando socios industriales para desarrollar aún más su férula articular y llevarla al mercado, por ejemplo, como componente integrado de vendajes textiles. Ya tienen una patente sobre su concepto. "Los sistemas biológicos son mucho más complejos de lo que uno suele pensar a primera vista. Como resultado, tienen propiedades únicas de las que podemos aprender enfoques completamente nuevos para otros campos, "dice Khaheshi, resumiendo su interés en el campo de investigación de la biomecánica.